JP2009506488A - Plasma spark plug for internal combustion engine - Google Patents

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    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H01T13/44—Sparking plugs structurally combined with other devices with transformers, e.g. for high-frequency ignition

Abstract

本発明は、自動車の内燃機関用の、基本的に細長いスパークプラグ（１）に関し、本スパークプラグは、二つの同軸の電極（２、３）を具備する本質的に容量性（Ｃ）の下部と、中心のマンドレル（８）、マンドレル（８）の周囲の同軸の巻線（５）、及び電磁気の防護具として機能する外部の管状のケーシング（６１）を具備する本質的に誘導性（Ｉ）の上部と、半径方向上でケーシング（６１）と巻線（５）の間に配置される絶縁体（７）とを備える。本発明は、本質的に誘導性の上部（Ｉ）が、半径方向上で絶縁体（７）と外部ケーシング（６１）の間に配置される、電磁気の防護具である第二の内部ケーシング（６２）を具備することを特徴とする。  The present invention relates to an essentially elongated spark plug (1) for an internal combustion engine of a motor vehicle, the spark plug comprising an essentially capacitive (C) lower part comprising two coaxial electrodes (2, 3). And an essentially inductive (I) comprising a central mandrel (8), a coaxial winding (5) around the mandrel (8), and an outer tubular casing (61) that serves as an electromagnetic armor. ) And an insulator (7) disposed between the casing (61) and the winding (5) in the radial direction. The present invention relates to a second inner casing (which is an electromagnetic protective device) in which an essentially inductive top (I) is arranged radially between the insulator (7) and the outer casing (61). 62).

Description

本発明は、プラグの電極間の電気スパークによる内燃機関の点火のために特に用いられる、プラズマ生成プラグに関する。
具体的には、本発明は、絶縁体により分離された二つのプラズマ生成電極を具備する内燃機関用スパークプラグに関し、当該二つの電極はそれぞれ、絶縁体を囲む外部シェルと、絶縁体の中心穴部に収容される中心電極とを形成している。 The present invention relates to a plasma generating plug, particularly used for ignition of an internal combustion engine by means of an electric spark between the electrodes of the plug.
Specifically, the present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine comprising two plasma generating electrodes separated by an insulator, each of the two electrodes comprising an outer shell surrounding the insulator and a central hole of the insulator. And a central electrode housed in the portion.

公報ＦＲ２８５９８３０、ＦＲ２８５９５６９、ＦＲ２８５９８３１によれば、多重スパークプラグは、例えば、薄いチューブ、薄い蒸着層、或いは硬化させてメッキしたプラスチック膜の形態に製造できる金属ケーシングにより実現された電磁シールドを有する。
この電磁シールドは、二つの部分、即ち電気シールドと磁気シールドとを具備する。電気シールドは、巻線によって形成される電界に起因する干渉からプラグの環境を保護することができる。磁気シールドは、磁界を確実にケーシング内に保持することができる。電気シールド効果に対応する電流の移動がケーシングの外面に限定される一方で、磁気シールドに連動する電流の移動がケーシングの内面に限定される。加えて、マンドレルとケーシングの間を絶縁するために、絶縁体は通常特定の物理化学特性を有する材料から作製され、それに対応して、この材料の温度に応じた膨張係数は非常に大きくなる場合がある。 According to the publications FR2598830, FR258569, FR259831, the multiple spark plug has an electromagnetic shield realized by a metal casing which can be produced, for example, in the form of a thin tube, a thin vapor deposition layer, or a cured and plated plastic film.
This electromagnetic shield comprises two parts: an electrical shield and a magnetic shield. The electrical shield can protect the plug environment from interference caused by the electric field formed by the windings. The magnetic shield can securely hold the magnetic field in the casing. While the movement of the current corresponding to the electrical shield effect is limited to the outer surface of the casing, the movement of the current in conjunction with the magnetic shield is limited to the inner surface of the casing. In addition, in order to insulate between the mandrel and the casing, the insulator is usually made from a material with certain physicochemical properties, and correspondingly the expansion coefficient depending on the temperature of this material is very large There is.

従って、マンドレルとケーシングの間で電磁シールドと絶縁の両方を調和させることは難しい。   Therefore, it is difficult to reconcile both electromagnetic shielding and insulation between the mandrel and the casing.

これらの欠点を軽減するために、本発明の目的は、マンドレルとケーシングの間を絶縁させながら、電磁シールドを提供することである。   In order to alleviate these drawbacks, it is an object of the present invention to provide an electromagnetic shield while insulating between the mandrel and the casing.

従って、本発明は、上部の本質的に誘導性の部分が、半径方向に沿って絶縁体と外部ケーシングの間に配置される、第二の内部電磁シールドケーシングを具備することを特徴とする、前述の種類のプラグを提案する。
本発明の他の特徴によれば、内部ケーシングの内面は、絶縁体の外面に隣接する。 The invention is therefore characterized in that the upper intrinsically inductive part comprises a second inner electromagnetic shielding casing, which is arranged radially between the insulator and the outer casing, Propose the above kind of plug.
According to another feature of the invention, the inner surface of the inner casing is adjacent to the outer surface of the insulator.

本発明の他の特徴によれば、内部ケーシングの厚みは一定である。
本発明の他の特徴によれば、外部ケーシングの厚みは、電流ラインが外部ケーシングを貫通する深さに対応するスキンの厚みと少なくとも等しい。 According to another feature of the invention, the thickness of the inner casing is constant.
According to another feature of the invention, the thickness of the outer casing is at least equal to the thickness of the skin corresponding to the depth through which the current line penetrates the outer casing.

本発明の他の特徴によれば、外部ケーシングの内面は円形の断面を有する円筒状であり、内部ケーシングの外面は多角形の断面を有する円筒状であり、内部ケーシングは、内部ケーシングの軸方向に沿った尾根部分が外部ケーシングの内面と電気的に接触するように設計される。
本発明の他の特徴によれば、マンドレルは円筒状である。 According to another feature of the invention, the inner surface of the outer casing is cylindrical with a circular cross section, the outer surface of the inner casing is cylindrical with a polygonal cross section, and the inner casing is axially oriented with respect to the inner casing. Is designed such that the ridge portion along the line is in electrical contact with the inner surface of the outer casing.
According to another feature of the invention, the mandrel is cylindrical.

本発明の他の特徴によれば、外部ケーシングは銅等の導電性材料から選択される。
本発明の他の特徴によれば、内部ケーシングは銅等の導電性材料から選択される。 According to another feature of the invention, the outer casing is selected from a conductive material such as copper.
According to another feature of the invention, the inner casing is selected from a conductive material such as copper.

本発明の他の特徴によれば、外部ケーシングの材料と寸法は、外部ケーシングが少なくとも巻線によって形作される電界に対するシールドを形成するように選択される。
本発明の他の特徴によれば、内部ケーシングの材料と寸法は、内部ケーシングが電磁シールドを形成するように選択される。 According to another aspect of the invention, the material and dimensions of the outer casing are selected so that the outer casing forms a shield against the electric field formed by at least the windings.
According to another feature of the invention, the material and dimensions of the inner casing are selected such that the inner casing forms an electromagnetic shield.

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照する例示的実施形態の説明により明らかになる。
同一要素又は類似要素は、同じ参照番号で示される。 Other features and advantages of the present invention will become apparent from the description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
The same or similar elements are indicated with the same reference numbers.

図１に示すように、全体的にほぼ円筒状の高周波プラズマプラグ１は、主として、底部の本質的に容量性の部分Ｃと、上部の本質的に誘導性の部分Ｉを具備し、部分ＣとＩは、基本的に細長い形状を有し、直列に接続され、且つ共通の縦軸Ｚを有している。
本質的に容量性の部分Ｃは、特に、接地され、中心電極３を囲むように設計されるシェル２を具備し、中心電極３はほぼ円筒状でＺ軸を有し、高電圧電極の役割を担う。「絶縁体」４と呼ばれる電気的絶縁性ブロックが、シェル２と中心電極３の間に設置されており、絶縁体４は電極２と３の間にスパークを導くように構成されている。従来技術で周知の方法で、プラグ１が取り付けられる内燃機関の円筒状ヘッドに最も近いシェル２の下部の外表面は、円筒状ヘッドにプラグ１を取り付け、保持し、締め付けるのに適した形状を有する（例えば、非限定的に、図１に示すネジ部）。 As shown in FIG. 1, the overall substantially cylindrical high-frequency plasma plug 1 mainly comprises an essentially capacitive portion C at the bottom and an essentially inductive portion I at the top. And I basically have an elongated shape, are connected in series, and have a common longitudinal axis Z.
The essentially capacitive part C comprises, in particular, a shell 2 which is grounded and designed to surround the central electrode 3, which is substantially cylindrical and has a Z axis and serves as a high voltage electrode. Take on. An electrically insulating block called “insulator” 4 is installed between the shell 2 and the center electrode 3, and the insulator 4 is configured to guide a spark between the electrodes 2 and 3. The outer surface of the lower part of the shell 2 closest to the cylindrical head of the internal combustion engine to which the plug 1 is attached has a shape suitable for attaching, holding and tightening the plug 1 to the cylindrical head in a manner known in the prior art. (For example, without limitation, a threaded portion shown in FIG. 1).

図２及び図３に示すように、プラグ１の本質的に誘導性の部分Ｉは、順に、巻線５、絶縁体７、内部ケーシング６２、及び外部ケーシング６１によって囲まれる中心マンドレル８を具備する。
マンドレル８は、円形断面を持つ円筒状であり、その軸はプラグ１のＺ軸と実質的に同じである。マンドレル８は、絶縁性且つ非磁気性の材料から作製されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the essentially inductive portion I of the plug 1 comprises a central mandrel 8 surrounded in turn by a winding 5, an insulator 7, an inner casing 62 and an outer casing 61. .
The mandrel 8 has a cylindrical shape with a circular cross section, and its axis is substantially the same as the Z axis of the plug 1. The mandrel 8 is made of an insulating and nonmagnetic material.

巻線５は、最初の上部巻線５１２から最後の底部巻線５１３まで中心マンドレル８を囲む巻線部５１から成る。図１に示すように、最初の上部巻線５１２はコネクタ１２に接続し、最後の底部巻線５１３は中心電極３の内部末端に適切な手段１４を介して接続している。
巻線５を囲む絶縁体７は、多角形の断面を有する円筒状であり、その材料には磁気損失の低い材料が選択されている。この特性を満足する材料のなかにシリコン族があるが、その主な欠点は、０．０００１Ｋ−１のオーダーの大きな熱膨張係数を持つことである。 Winding 5 comprises a winding 51 that surrounds the central mandrel 8 from the first top winding 512 to the last bottom winding 513. As shown in FIG. 1, the first top winding 512 is connected to the connector 12 and the last bottom winding 513 is connected to the inner end of the center electrode 3 via suitable means 14.
The insulator 7 surrounding the winding 5 has a cylindrical shape having a polygonal cross section, and a material having a low magnetic loss is selected as the material. Among the materials that satisfy this property, there are silicon families, but the main drawback is that they have a large coefficient of thermal expansion on the order of 0.0001K- 1 .

図４に示すように、内部ケーシング６２は、内面６２２と外面６２１を有する。内部ケーシング６２は、多角形の断面を有する円筒状である。とはいえ、外面６２１だけを、多角形の断面を有する円筒状に選択してもよい。内部ケーシング６２は、内部ケーシング６２の内面６２２が絶縁体７の外面７１に隣接するように作製されている。内部ケーシング６２の材料には、このプラグ１の動作に要求される、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚに位置する周波数領域で導電性の材料が選択される。内部ケーシング６２は、異なる金属材料、例えば、銅、又は金属塩で外面が覆われる様々な材料、例えば電気メッキしたニッケルの堆積物から作製することもできる。このケーシング６２の厚みは、一定且つ、低周波での導電性を保証するのに十分に薄く選択される。例えば、内部ケーシング６２は、５〜１０μｍの銅製に選択することができる。   As shown in FIG. 4, the inner casing 62 has an inner surface 622 and an outer surface 621. The inner casing 62 has a cylindrical shape having a polygonal cross section. Nevertheless, only the outer surface 621 may be selected to be cylindrical with a polygonal cross section. The inner casing 62 is manufactured such that the inner surface 622 of the inner casing 62 is adjacent to the outer surface 71 of the insulator 7. As the material of the inner casing 62, a conductive material is selected in a frequency region located at 1 MHz to 10 MHz required for the operation of the plug 1. The inner casing 62 can also be made from a deposit of different materials, such as copper, or various materials whose outer surfaces are covered with a metal salt, such as electroplated nickel. The thickness of the casing 62 is selected to be constant and thin enough to ensure conductivity at low frequencies. For example, the inner casing 62 can be selected from 5-10 μm copper.

図４に示すように、外部ケーシング６１は、外面６１１と内面６１２を有する。外部ケーシング６１は、円形の断面を有する円筒状である。しかし、その内面６１２だけを円形の断面を有する円筒状に選択してもよい。このケーシング６１には、電磁シールドに伴う電流の移動を保証するような材料及び設計が選択される。この外部ケーシング６１の材料には、このプラグ１の動作に要求される、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚに位置する周波数領域で導電性の材料が選択される。外部ケーシング６１は、導電性の高い材料（６×１０７Ｓ／ｍの銅等）、又は導電性の低い材料（１×１０７Ｓ／ｍのスチール等）から作製し、外面を銅又は銀等の導電性の層により覆ってもよい。このケーシング６１の厚みは、少なくとも、このプラグ１の動作に要求される１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚに位置する周波数領域において、電流ラインが導体を貫通する深さに対応するスキンの厚みより大きい。例えば、外部ケーシング６１が銅製である場合、その厚みは少なくとも１００μｍである。内部ケーシング６２は、その軸方向に沿った尾根部分６１３が、外部ケーシング６１の内面６１２と電気的に接触するように設計されている。外部ケーシング６１の外面６１１の表面粗さの欠陥は、二つのケーシング６１、６２の電気接触に対する障壁にならない。具体的には、尾根部分６１３に沿って、尾根部分６１３の数箇所９に電気接触部を設けることができる。 As shown in FIG. 4, the outer casing 61 has an outer surface 611 and an inner surface 612. The outer casing 61 has a cylindrical shape having a circular cross section. However, only the inner surface 612 may be selected to be cylindrical with a circular cross section. The casing 61 is selected from a material and design that ensures current transfer associated with the electromagnetic shield. As the material of the outer casing 61, a conductive material is selected in a frequency region located at 1 MHz to 10 MHz required for the operation of the plug 1. The outer casing 61 is made of a highly conductive material (such as 6 × 10 7 S / m copper) or a low conductive material (such as 1 × 10 7 S / m steel), and has an outer surface made of copper or silver. It may be covered with a conductive layer. The thickness of the casing 61 is larger than the thickness of the skin corresponding to the depth at which the current line penetrates the conductor in the frequency region located at 1 MHz to 10 MHz required for the operation of the plug 1. For example, when the outer casing 61 is made of copper, the thickness is at least 100 μm. The inner casing 62 is designed such that the ridge portion 613 along its axial direction is in electrical contact with the inner surface 612 of the outer casing 61. A defect in the surface roughness of the outer surface 611 of the outer casing 61 does not become a barrier to electrical contact between the two casings 61, 62. Specifically, electrical contact portions can be provided at several locations 9 of the ridge portion 613 along the ridge portion 613.

加えて、内部ケーシング６２と外部ケーシング６１の間に形成された空のゾーンにより、高い熱膨張係数を有する絶縁体７が膨張しながら、空のゾーンの一部又は全部を満たすほぼ円筒状の外部形状に集中することが可能となる。
このような実施形態では電磁シールドが設けられる。 In addition, the empty zone formed between the inner casing 62 and the outer casing 61 allows the insulator 7 having a high thermal expansion coefficient to expand while the substantially cylindrical outer filling the part or all of the empty zone. It becomes possible to concentrate on the shape.
In such an embodiment, an electromagnetic shield is provided.

具体的には、図５に示すように、磁気シールドに伴う電流１０は、主に外部ケーシング６１の内面６１２上を移動する。電気シールドに伴う電流は、主に外部ケーシング６１の外面６１１上を移動する。電流は、特に二つの成分、即ち巻線５の末端に位置するコンデンサの荷電に対応する第一の成分１１１と、巻線５によって形成される電界をブロックするために必要な電流に対応する第二の成分１１２とを含む。第一に、この第二の成分１１２は、外部ケーシング６１の周囲と、内部ケーシング６２と外部ケーシング６１の間の境界の接点９上とを移動する。第二に、第二の成分１１２は、均等に拡散して巻線５によって形成される電界をシールドするように、内部ケーシング６２内を移動する。
更に、プラグ１の本質的に容量性の部分Ｃと本質的に誘導性の部分Ｉの間の接続を実現するトルクは、外部ケーシング６１を経由して伝わる。従って、外部ケーシング６１の厚みは、この締め付けトルクを伝えるように設計されている。この種類の伝達の主な利点は、レバーアーム効果が最適となる位置で、可能な限り大きな半径に機械的応力が伝えられることにより、材料自体に掛かる機械的応力が最小化されることである。 Specifically, as shown in FIG. 5, the current 10 accompanying the magnetic shield mainly moves on the inner surface 612 of the outer casing 61. The electric current accompanying the electric shield moves mainly on the outer surface 611 of the outer casing 61. The current in particular corresponds to two components, a first component 111 corresponding to the charge of the capacitor located at the end of the winding 5 and a current required to block the electric field formed by the winding 5. A second component 112. First, the second component 112 moves around the outer casing 61 and on the contact point 9 at the boundary between the inner casing 62 and the outer casing 61. Second, the second component 112 moves within the inner casing 62 so as to diffuse evenly and shield the electric field formed by the winding 5.
Furthermore, the torque that realizes the connection between the essentially capacitive part C and the essentially inductive part I of the plug 1 is transmitted via the outer casing 61. Accordingly, the thickness of the outer casing 61 is designed to transmit this tightening torque. The main advantage of this type of transmission is that the mechanical stress on the material itself is minimized by transmitting the mechanical stress to the largest possible radius at the position where the lever arm effect is optimal. .

従って、ケーシング６１、６２は、電磁シールドを効果的に提供しながら、膨張係数の大きい材料からなる絶縁体７の機能を満たす。
本発明は、一実施例として説明及び図示した実施形態に限定されない。 Therefore, the casings 61 and 62 satisfy the function of the insulator 7 made of a material having a large expansion coefficient while effectively providing an electromagnetic shield.
The present invention is not limited to the embodiment described and illustrated as an example.

従来技術による高周波プラズマプラグのＺ軸に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the Z-axis of the high frequency plasma plug by a prior art. 本発明による二つのケーシングを具備するプラグの誘導性の部分の概略分解図である。FIG. 3 is a schematic exploded view of the inductive part of a plug comprising two casings according to the invention. 本発明による二つのケーシングを具備するプラグの誘導性の部分の概略透視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of the inductive part of a plug comprising two casings according to the invention. 本発明による図３の軸４−４’に沿った概略断面図である。4 is a schematic cross-sectional view along the axis 4-4 'of FIG. 3 according to the present invention. 電磁界に伴う電流の移動を示す、本発明による図３の軸５−５’に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view along the axis 5-5 'of FIG.

Claims (10)

自動車の内燃機関用の、全体的に細長いスパークプラグ（１）であって、
− 二つの同軸の電極（２、３）を具備する底部の本質的に容量性の部分（Ｃ）と、
− 上部の本質的に誘導性の部分（Ｉ）であって、
− 中心マンドレル（８）、
− マンドレル（８）の周囲の同軸の巻線（５）、
− 電磁シールド機能を果たす外部の管状ケーシング（６１）、及び
− ケーシング（６１）と巻線（５）の間に配置された絶縁体（７）
を備えた誘導性の部分（Ｉ）と
を具備し、上部の本質的に誘導性の部分（Ｉ）が、絶縁体（７）と外部ケーシング（６１）の間に配置された、第二の内部電磁シールドケーシング（６２）を具備することを特徴とする、スパークプラグ（１）。 A generally elongated spark plug (1) for an internal combustion engine of a motor vehicle,
An essentially capacitive part (C) at the bottom comprising two coaxial electrodes (2, 3);
The upper, essentially inductive part (I),
-Central mandrel (8),
A coaxial winding (5) around the mandrel (8),
An external tubular casing (61) serving as an electromagnetic shield, and an insulator (7) arranged between the casing (61) and the winding (5)
A second inductive portion (I) with an upper essentially inductive portion (I) disposed between the insulator (7) and the outer casing (61) A spark plug (1), characterized by comprising an internal electromagnetic shielding casing (62). 内部ケーシング（６２）の内面（６２２）が絶縁体（７）の外面（７１）に隣接することを特徴とする、請求項１に記載のスパークプラグ（１）。   The spark plug (1) according to claim 1, characterized in that the inner surface (622) of the inner casing (62) is adjacent to the outer surface (71) of the insulator (7). 内部ケーシング（６２）の厚みが一定であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスパークプラグ（１）。   The spark plug (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the inner casing (62) is constant. 外部ケーシング（６１）の厚みが、電流ラインが外部ケーシング（６１）を貫通する深さに対応するスキンの厚みと少なくとも等しいことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。   The thickness of the outer casing (61) according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the skin is at least equal to the thickness of the skin corresponding to the depth through which the current lines penetrate the outer casing (61). Spark plug (1). − 外部ケーシング（６１）の内面（６１２）が円形の断面を有する円筒状であること、
− 内部ケーシング（６２）の外面（６２１）が多角形の断面を有する円筒状であること、及び
− 内部ケーシング（６２）が、内部ケーシング（６２）の軸方向に沿った尾根部分（６２３）が外部ケーシング（６１）の内面（６２２）と電気的に接触するように設計されていること
を特徴とする、請求項１ないし４の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。 The inner surface (612) of the outer casing (61) is cylindrical with a circular cross section;
The outer surface (621) of the inner casing (62) is cylindrical with a polygonal cross section; and the inner casing (62) has a ridge portion (623) along the axial direction of the inner casing (62). A spark plug (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that it is designed to be in electrical contact with the inner surface (622) of the outer casing (61). マンドレル（８）が全体的に円筒状であることを特徴とする、請求項１ないし５の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。   A spark plug (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the mandrel (8) is generally cylindrical. 外部ケーシング（６１）が銅等の導電性の材料から選択されることを特徴とする、請求項１ないし６の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。   The spark plug (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer casing (61) is selected from a conductive material such as copper. 内部ケーシング（６２）が銅等の導電性の材料から選択されることを特徴とする、請求項１ないし７の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。   The spark plug (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the inner casing (62) is selected from a conductive material such as copper. 外部ケーシング（６１）の材料及び寸法が、外部ケーシング（６１）が少なくとも巻線（５）によって形成される電界に対するシールドを形成するように選択されることを特徴とする、請求項１ないし８の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。   The material and dimensions of the outer casing (61) are selected such that the outer casing (61) forms a shield against the electric field formed by at least the winding (5). The spark plug (1) according to any one of the above. 内部ケーシング（６２）の材料及び寸法が、内部ケーシング（６２）が電磁シールドを形成するように選択されることを特徴とする、請求項１ないし９の何れか一項に記載のスパークプラグ（１）。   A spark plug (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the material and dimensions of the inner casing (62) are selected such that the inner casing (62) forms an electromagnetic shield. ).
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